როგორ გამოვთვალოთ ორთქლის წნევა

როდესაც თქვენ იმ წყლის თანდასწრებით ხართ, რომელიც ადუღებას იწყებს, თქვენი მთავარი უსაფრთხოების პრობლემა არ არის მწვავე წყლის მაღალი ტემპერატურისა და გაქცეული ორთქლის გამო. შესაძლოა, თქვენ რამე სხვა რამ შეამჩნიეთ ორთქლის, ან ამ საკითხის, გაზის სახით ნებისმიერი სახის მატერიის შესახებ: მას არ მოსწონს მისი შემცველობა და გაქცევისთვის ხშირად „ძალუძს ბრძოლა“, ხშირად საკმაოდ ძლიერად. ავარიების შესახებ ორთქლის ქვაბების აფეთქება ითვალისწინებს ამ საფრთხეს.

როდესაც წყალი ან სხვა სითხე დუღს, ფიზიკური თვალსაზრისით, იგი განიცდის ფაზურ გადასვლას ან მდგომარეობის შეცვლას თხევადიდან გაზზე. სხვაგვარად რომ ვთქვათ, ორთქლის წნევა თხევადმა გაზმა გადააჭარბა მასზე მაღალ გაზს, როგორც წესი, დედამიწის ატმოსფეროს. ("ორთქლი" არის ფხვიერი ტერმინი, რაც ნიშნავს გაზს, მაგალითად, "წყლის ორთქლი" არის H₂აი გაზურ მდგომარეობაში.)

მყარი ასევე შეიძლება აირისებრ მდგომარეობაში შევიდეს პირდაპირ, თხევადი მდგომარეობის "გვერდის ავლით" პროცესში, რომელსაც ე.წ. სუბლიმაცია. ამ შემთხვევაში, ფაზის გადასვლის ძირითადი მიზეზი იგივეა: მყარ ნივთიერებებს აქვთ საკუთარი ორთქლის წნევა და გარკვეულ პირობებში ამ წნევის ღირებულება შეიძლება აღემატებოდეს ატმოსფერულ წნევას. უფრო ხშირად, მყარი ნივთიერებები გადადის სითხეებში.

დედამიწაზე, ბუნებრივ პირობებში, მატერია არსებობს სამიდან ერთში: მყარი, თხევადი ან გაზი. ნებისმიერი ფენისთვის ეს ფაზები წარმოადგენს ნივთიერების მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგიის თანმიმდევრულ ზრდას, რაც აისახება ტემპერატურის მატებაში. ზოგი ნივთიერება, როგორც გაზები, ოთახის ტემპერატურაზე არსებობს, ზოგი სითხეა, სხვები კი მყარია; ეს არის შედეგი იმისა, რომ ზოგიერთი მოლეკულა უფრო ადვილად გამოიყოფა ნივთიერების შიგნით მოცემული თერმული ენერგიით (სითბო).

ყველა ელემენტი და მოლეკულა არსებობს როგორც მყარი 0 K, ან აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურაზე (დაახლოებით –273 ° C). მატერიის სტრუქტურა ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე არის მყარი კრისტალური ქსელი. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ეფექტურად ჩაკეტილი მოლეკულები საკმარისად ახერხებენ ვიბრაციას ენერგია კრატის გასათავისუფლებლად და როდესაც ეს ხდება მთელ ნივთიერებაზე, ნივთიერება სითხეშია სახელმწიფო

თხევად მდგომარეობაში მატერია იღებს თავის ჭურჭლის ფორმას, მაგრამ მიზიდულობის ფარგლებში. როდესაც კინეტიკური ენერგია კიდევ უფრო იზრდება, მოლეკულები იწყებენ გაქცევას ჰაერი-თხევადი ინტერფეისი და შედით გაზურ მდგომარეობაში, სადაც გაზის ფორმის შემზღუდველი ერთადერთი არის ჭურჭელი, რომელიც ზღუდავს მაღალი ენერგიის მოლეკულების მოძრაობას.

როდესაც ოთახის ტემპერატურაზე წყლის ქვაბს აკვირდებით, ეს არ ჩანს, მაგრამ წყლის ზოგიერთი მოლეკულა ფრიალებს წყლის ზედაპირის ზემოთ, თანაბარი (და ძალიან მცირე) რაოდენობის წყალობით იმავე დროს ბრუნდება წყლის ფაზაში დრო ამიტომ სისტემა წონასწორობაშია, ხოლო H– ს მინიმალური გაქცევით შექმნილი ორთქლის წნევა₂O მოლეკულები არის წყლის წონასწორობის ორთქლის წნევა.

როგორც ნახავთ, თხევად მდგომარეობაში მყოფ სხვადასხვა ნივთიერებებს აქვთ ორთქლის წნევის P სხვადასხვა მახასიათებელი დონე_{ორთქლი} ოთახის ტემპერატურაზე, ეს მნიშვნელობა დამოკიდებულია სითხეში მოლეკულებს შორის ინტერმოლეკულური ძალების ხასიათზე. მაგალითად, ნივთიერებებს, რომლებსაც აქვთ სუსტი ინტერმოლეკულური ძალები, მაგალითად, წყალბადის ბმები, ექნება წონასწორობის P მაღალი დონე_{ორთქლი} რადგან მოლეკულებისათვის სითხისგან გათავისუფლება უფრო ადვილია.

თუ წონასწორობის პირობები ირღვევა სითბოს დამატებით, ამასთან, სითხის ორთქლის წნევა იზრდება ატმოსფერული წნევისკენ (101.3 კილოპასკალი, 1 ატმოსფერო ან 762 ტორ). თუ ორთქლის წნევის მნიშვნელობა არ იქნებოდა ტემპერატურაზე დამოკიდებული, რთული იქნებოდა სითხის (ან მყარი) ადუღება ან აორთქლება, განსაკუთრებით კი მათში მაღალი თანდაყოლილი ორთქლის წნევის მნიშვნელობებით.

მას შემდეგ, რაც სითხეში საკმარისი სითბო დაემატება, რომ მისი ორთქლის წნევა ატმოსფერული წნევის დონეზე მივიდეს, სითხე იმატებს. რამდენი სითბოს დამატებაა საჭირო, დამოკიდებულია ნივთიერების მახასიათებლებზე. მაგრამ რა მოხდება, თუ ნივთიერება არ არის სუფთა წყალი, მაგრამ ამის ნაცვლად არის ხსნარი, რომელშიც მყარი ნივთიერება იხსნება სითხეში, მაგალითად წყალში?

როგორც წესი, ხსნადი ნივთიერება ახდენს გავლენას სითხის ბევრ პარამეტრზე, მათ შორის, დუღილისა და დნობის (ანუ გაყინვის) წერტილებზე. ხსნარის კონცენტრაციით დაზარალებული პარამეტრები ცნობილია როგორც კოლიგაციური ("შეერთებასთან დაკავშირებული") თვისებები. ორთქლის წნევა ქვეითდება ხსნადი ნივთიერების დამატებით, და რამდენად ხდება ეს დამოკიდებულია დამოკიდებულია დამატებული ხსნადის ოდენობაზე და საბოლოოდ, ხსნარისა და გამხსნელის მოლურ თანაფარდობაზე.

• რას ნიშნავს ორთქლის წნევის დაწევა ხსნარის დუღილის წერტილამდე? როდესაც მათემატიკაზე ფიქრობთ, ეს ნიშნავს, რომ შემდეგ სითხს უფრო დიდი უფსკრული ექნება საკუთარ ორთქლის წნევას და ატმოსფერულ წნევას შორის და თქვენ დაგჭირდებათ მეტი სითბოს დამატება, რომ მოხდეს დუღილი. ამიტომ მისი დუღილის წერტილი გარკვეულწილად იზრდება.

ამ სიტუაციებში ინტერესის განტოლება, რომელსაც აჩვენებთ ქვემოთ, არის ფორმა, რასაც ეწოდება რაულის კანონი: გვ_სულ= ∑P_მეX_მე. აქ პ_სულ მთლიანობაში არის ხსნარის ორთქლის წნევა და მარჯვენა მხარე წარმოადგენს ინდივიდუალური ორთქლის წნევის პროდუქტების ჯამს და მოლის ფრაქციები გამხსნელი და გამხსნელი.

მას შემდეგ, რაც წყალი ყველგან თხევადი და გამხსნელია, საჭიროა უფრო დეტალურად შეისწავლოთ ის ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ მის ორთქლის წნევის განტოლებას.

წყალს აქვს P_{ორთქლი} 0,031 ატმოსფეროს, ან ატმოსფერული წნევის 1/30-ზე ნაკლები. ეს ეხმარება აიხსნას მისი შედარებით მაღალი დუღილის წერტილი ასეთი მარტივი მოლეკულისთვის; ეს დაბალი ღირებულება თავის მხრივ აიხსნება წყალბადის ბმებით ჟანგბადის ატომებსა და წყალბადის ატომებს შორის მომიჯნავე მოლეკულებზე (ეს არის ინტერმოლეკულური ძალები და არა ნამდვილი ქიმიური ბმები).

ოთახის ტემპერატურიდან (დაახლოებით 25 ° C) 60 ° C– მდე გათბობისას წყლის ორთქლის წნევა მხოლოდ ოდნავ იზრდება. ამის შემდეგ იგი იწყებს უფრო მკვეთრ აწევას, სანამ 100 ატ-ზე 1 ატმოსფეროს მნიშვნელობას მიაღწევს (განმარტებით).

ახლა დროა თქვენ ნახოთ რაულტის კანონი მოქმედი. ამ პრობლემებთან მიახლოებისას იცოდეთ, რომ ყოველთვის შეგიძლიათ მოძებნოთ P მნიშვნელობები_{ორთქლი} კონკრეტული ნივთიერებებისათვის.

ხსნარი შეიცავს 1 მოლის (მოლი) H ნარევს₂O, 2 მოლი ეთანოლი (C₂ჰ₅OH) და 1 მოლი აცეტალდეჰიდი (CH₃ჩო) 293-ზე რა არის ამ ორთქლის მთლიანი ორთქლის წნევა? Შენიშვნა: ამ ნივთიერებების ნაწილობრივი წნევა ოთახის ტემპერატურაზე არის შესაბამისად 18 ტორ, 67,5 ტორ და შესაბამისად 740 ტორ.

პირველი, დააყენეთ თქვენი განტოლება. ზემოდან, თქვენ გაქვთ

პ_სულ = პ_ვატX_ვატ + პ_{ეთნიკური}X_{ეთნიკური} + პ_ტუზიX_ტუზი

შესაბამისი ნივთიერებების მოლის ფრაქციები არის თითოეული მოლების რაოდენობა, რომელიც იყოფა ხსნარში არსებულ ნივთიერებათა მთლიან მოლებზე, რაც არის 1 + 2 + 1 = 4. ამრიგად, თქვენ გაქვთ X_ვატ = 1/4 - 0,25, X_{ეთნიკური} = 2/4 = 0,5 და X_ტუზი = 1/4 = 0.25. (გაითვალისწინეთ, რომ მოლის წილადების ჯამი ყოველთვის ზუსტად უნდა იყოს 1). ახლა თქვენ მზად ხართ ჩართოთ მოცემული მნიშვნელობები ინდივიდუალური ორთქლის წნევისთვის და ამოხსენით ნარევის მთლიანი ორთქლის წნევა გადაწყვეტილებები:

პ_სულ = (0.25) (18 torr) + (0.5) (67.5 torr) + (0.25) (740 torr) = 223,25 ტორ.